Naukowcy porównali baterie Tesli i BYD. Jakie wysuwają wnioski?

Niemieccy naukowcy z RWTH Aachen „rozebrali na czynniki pierwsze” ogniwa bateryjne Tesli 4680 i BYD Blade, odsłaniając to, co przez producentów aut elektrycznych zwykle nie jest bezpośrednio ujawniane.

Naukowcy z RWTH Aachen szczegółowo porównali dwa kluczowe ogniwa trakcyjne: cylindryczne Tesla 4680 oraz pryzmatyczne BYD Blade, pokazując, jak bardzo różnią się one pod względem konstrukcji, chemii, kosztów i zachowania termicznego.

Co dokładnie zbadano?

Analizie poddano ogniwo Tesla 4680 wyjęte z pakietu Modelu Y z 2022 r. oraz ogniwo BYD Blade kupione u chińskiego dystrybutora – obydwa w stanie 100% State of Health (SOH). Tesla stosuje duże cylindryczne ogniwo 46 x 80 mm o objętości 133 ml i masie 355 g, a BYD – smukłe ogniwo pryzmatyczne o wymiarach 965 x 90 x 14 m, objętości 1 216 ml i masie ok. 2,7 kg.

REKLAMA

Potwierdzono, że Tesla wykorzystuje chemię NMC811, a BYD – LFP. Daje to bardzo różne parametry energetyczne: ogniwo 4680 osiąga gęstość energii ok. 241 Wh/kg i 643 Wh/l, podczas gdy BYD Blade – ok. 160 Wh/kg i 355 Wh/l na poziomie ogniwa.

Brak krzemu w anodach i nietypowe spoiwa

Jedną z najbardziej zaskakujących obserwacji była kwestia związana z budową anody. Otóż, z materiału źródłowego wynika, że w obu ogniwach nie stwierdzono obecności krzemu ani SiOx – anody bazują wyłącznie na graficie, mimo że w przekazie branżowym krzem często pojawia się jako „standard” podnoszenia gęstości energii.

Autorzy badań pokazują też różnice w spoiwach (binderach). Na bazie analizy TGA w artykule naukowym ustalono, że anoda BYD używa prawdopodobnie klasycznej kombinacji CMC + SBR, kojarzonej z wodnym procesem grafitowych elektrod, natomiast anoda Tesli zawiera prawdopodobnie PAA (polyacrylic acid) oraz PEO (polyethylene oxide) – mniej typowy zestaw w ogniwach trakcyjnych. W katodzie BYD zidentyfikowano prawdopodobnie PVdF jako binder, podczas gdy w katodzie Tesli sygnatura odpowiada ponownie CMC + SBR, co sugeruje odejście od standardowego procesu PVdF + NMP dla NMC (ogniw Tesli).

Dwie filozofie konstrukcji: pryzmatyczna vs cylindryczna

Z pracy badawczej wynika, że BYD Blade wykorzystuje pojedynczy stos elektrod w układzie Z-fold – 38 dwustronnych katod, 39 dwustronnych anod i 79 warstw separatora – wszystko zamknięte w izolacyjnej „koszulce” z prowadnicami i szynami zbiorczymi spawanymi ultradźwiękowo, a następnie laserowo. Tesla 4680 stosuje klasyczny zwój (jelly roll) z pustym środkiem, co pozwala w produkcji wprowadzić narzędzie do punktowego zgrzewania katody z biegunem dodatnim.

W obu przypadkach elektrody są łączone w sposób, który minimalizuje oporność i miejsce zajmowane przez strefę kontaktu, ale drogą do tego celu są inne technologie. Autorzy wskazują, że Tesla opiera się wyłącznie na spawaniu laserowym, natomiast BYD łączy zgrzewanie ultradźwiękowe (zagęszczanie „flagi” elektrod) z późniejszym spawaniem laserowym do szyn zbiorczych.

REKLAMA

Gęstość energii kontra chłodzenie i koszty

Różnice w chemii i konstrukcji przekładają się na termikę i koszty. Przy obciążeniu 1C Tesla 4680 generuje około dwukrotnie więcej ciepła na jednostkę objętości niż BYD Blade, co oznacza, że przy takim samym poziomie mocy układ chłodzenia w pakiecie Tesli musi odprowadzić znacznie większą ilość ciepła. Autorzy wprost wskazują, że projekt LFP BYD jest korzystniejszy jako punkt wyjścia dla strategii szybkiego ładowania pod kątem chłodzenia.

Przeanalizowano także koszty materiałowe. Szacunki oparte na cenach surowców z sierpnia 2024 r. pokazują, że koszt materiałów na kWh dla Blade jest aż o ok. 10 euro/kWh niższy niż dla 4680, głównie z powodu tańszej katody LFP (żelazo + fosforan) zamiast niklu i kobaltu w NMC811. Co ciekawe, BYD zużywa na kWh więcej grafitu – około 1,35 kg/kWh, podczas gdy Tesla około 1,03 kg/kWh, ale przewaga kosztowa LFP i tak pozostaje po stronie chińskiego producenta.

Co z tego wynika dla branży EV?

Autorzy podsumowują, że BYD Blade reprezentuje projekt nastawiony na koszt, bezpieczeństwo i prostsze chłodzenie, podczas gdy Tesla 4680 realizuje strategię maksymalizacji gęstości energii, zasięgu i integracji cell-to-pack kosztem bardziej wymagającego zarządzania termicznego i wyższych wydatków materiałowych.

Brak krzemu w anodach obu ogniw sugeruje też, że mimo intensywnego marketingu wokół „krzemowych baterii” wdrożenia na masową skalę wciąż czekają na realizację – przynajmniej w segmencie głównych modeli Tesli i baterii BYD analizowanych w tej pracy.

Więcej na temat badań można przeczytać w pracy naukowej: „Contrasting a BYD Blade prismatic cell and Tesla 4680 cylindrical cell with a teardown analysis of design and performance” opublikowanej w czasopiśmie Cell Report Physical Science.

Radosław Błoński